JPH11204967A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 マザーボードにおける配線パターン設計の自
由度を損なうことなく、組立完了状態における歪みの発
生をなくし電気的な接続の信頼性を向上すること。 【解決手段】 放熱フィン４０を介してマザーボード６
０とケース７０とをねじ止めする際、放熱フィン４０の
傾斜面４１が対向するケース７０の傾斜面７６に接触状
態となるまで相対的に移動させ、その位置にて最終的な
組立完了とされる。このため、マザーボード６０とケー
ス７０との距離間隔が、放熱フィン４０の傾斜面４１と
ケース７０の傾斜面７６とを介して適切に設定できる。
これにより、放熱フィン４０やケース７０等の製造上の
寸法公差を吸収して、マザーボード６０に過剰な応力が
及ぶことが防止でき、マザーボード面上の配線パターン
自身や実装されている電子部品等の電気的な接続の信頼
性を向上することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数の電子部品を
実装する基板をマザーボードに実装してなる半導体装置
に関するもので、特に、パワー素子からの熱を効率良く
放熱できる半導体装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、図６に示すように、ケース１７０
内に収容され、基板１６０に実装されたパワー素子即
ち、発熱性を有する電子部品１２１が接合された放熱フ
ィン（ヒートシンク）１４０をビス１４９によって固定
し、電子部品１２１からの熱を吸収・発散するようにし
た半導体装置の構造が知られている。なお、１５０は半
導体装置を外部配線と接続するためのコネクタである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ここで、前述の放熱フ
ィン１４０を、更にアルミニウム材料等で形成された熱
容量の大きなケース１７０の側壁面や上部壁面に接触ま
たは接合することで、電子部品１２１からの熱の吸収・
発散を増大するような構造が考えられる。

【０００４】例えば、図７に示すように、基板１６０に
ビス１４９によって接合された放熱フィン１４０をケー
ス１７０の周辺の側壁面１７１にビス１４８を用いたね
じ止め等にて固定する構造では、その固定位置が側壁面
１７１に限定されることで、基板１６０面上における配
線パターン設計に支障をきたすという不具合が生じる。

【０００５】また、図８に示すように、放熱フィン１４
０をケース１７０の上部壁面１７２にビス１７８を用い
たねじ止め等にて固定する構造では、基板１６０とケー
ス１７０とをビス１７９を用いたねじ止め等にて固定す
る組立完了状態において、放熱フィン１４０やケース１
７０等の製造上の寸法公差によっては、電子部品１２１
が実装された基板１６０に対して、上または下に凸とな
る歪みの発生が起こることとなる。このような歪みの発
生により基板１６０面上の配線パターン自身やその配線
パターンと電子部品１２１からのリード端子等との電気
的な接続の信頼性を損なうという不具合があった。

【０００６】そこで、この発明はかかる不具合を解決す
るためになされたもので、マザーボードにおける配線パ
ターン設計の自由度を損なうことなく、組立完了状態に
おけるマザーボードの歪みの発生をなくし電気的な接続
の信頼性を向上することが可能な半導体装置の提供を課
題としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の半導体装置に
よれば、放熱部材を介してマザーボードと筐体とを接合
する際、放熱部材の傾斜面が対向する筐体の傾斜面に接
触状態となるまで相対的に移動させ、その位置にて最終
的な接合完了とされる。つまり、マザーボードと筐体と
の距離間隔が、放熱部材の傾斜面と筐体の傾斜面とを介
して適切に設定できる。このため、放熱部材や筐体等の
製造上の寸法公差が吸収でき、マザーボードに過剰な応
力が及ぶことを防止できる。これにより、マザーボード
の歪みの発生がなくなりマザーボード面上の配線パター
ン自身や実装されている電子部品等の電気的な接続の信
頼性を向上することができる。また、放熱部材と接合さ
れた基板の配置やマザーボードの配線パターンに対する
設計上の自由度を損なうことなく、放熱部材を介して複
数の電子部品からの熱を効率良く吸収・発散させること
ができる。

【０００８】請求項２の半導体装置では、放熱部材の傾
斜面に設けられたねじ穴部に対して筐体の傾斜面に穿設
された長穴の範囲内で放熱部材と筐体とのねじ止めによ
る接合が自由にできることとなる。これにより、放熱部
材と筐体とを一旦、仮止め状態とし両者を相対的に移動
させ適切な位置にて接合完了状態とするような組立手順
が設定可能となる。即ち、放熱部材を介してマザーボー
ドと筐体との距離間隔を微調整できマザーボードに対す
る過剰な応力を取除くことができる。

【０００９】請求項３の半導体装置では、筐体に設けら
れたねじ穴部に対してマザーボードに穿設された長穴の
範囲内で筐体とマザーボードとのねじ止めによる接合が
自由にできることとなる。これにより、筐体とマザーボ
ードとの相対的な接合位置を微調整できマザーボードに
対する過剰な応力を取除くことができる。

【００１０】請求項４の半導体装置では、マザーボード
と筐体とをねじ止め接合する際、何らかの要因でマザー
ボードに過剰な応力が及ぶことがあっても、ねじ止め近
傍に形成されたくびれ部の変位によって吸収することが
できる。これにより、マザーボードの歪みの発生が除去
され配線パターン自身や実装されている電子部品等の電
気的な接続の信頼性を向上することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を実施
例に基づいて説明する。

【００１２】図１は本発明の実施の形態の一実施例にか
かる半導体装置の全体構成を示す分解斜視図である。ま
た、図２（ａ）は図１における放熱フィンの寸法が大き
いときのケースとマザーボードとの組立完了状態を示す
部分断面図であり、図３（ａ）は図１における放熱フィ
ンの寸法が小さいときのケースとマザーボードとの組立
完了状態を示す部分断面図である。ここで、図２
（ｂ）、図３（ｂ）はそれぞれ図２（ａ）、図３（ａ）
のマザーボードに穿設された長穴形状部分を示す底面図
である。なお、以下の図中、同様の構成または相当部分
からなるものについては同一符号及び同一記号を付し、
その重複する説明を省略する。

【００１３】図１、図２及び図３において、本実施例の
半導体装置１００では、厚膜用基板として放熱性が高い
複数のセラミック基板１０が用いられている。これら複
数のセラミック基板１０には、発熱性を有するパワー素
子としての駆動トランジスタ（パワートランジスタ）２
１やその他の電子部品２２が実装されている。また、複
数のセラミック基板１０は、更に駆動トランジスタ２１
で発生する熱を吸収・発散させるためアルミニウム材料
等で形成された１つの放熱フィン４０の所望の位置に熱
伝導性が良好な例えば、シリコン系の接合剤を介して接
合されている。そして、放熱フィン４０はマザーボード
６０にビス４９を用いて固定されていると共に、セラミ
ック基板１０からのリード端子３１はマザーボード６０
に穿設された所定の穴６０ａに挿入されはんだ付けされ
ている。

【００１４】更に、マザーボード６０の１辺の周縁近傍
には、外部配線と接続するためのコネクタ５０がビス５
９を用いて固定されていると共に、コネクタ５０のリー
ド端子５１がはんだ付けされ電気的に接続されている。
また、マザーボード６０上で略垂直方向となるように電
気的に接続されたセラミック基板１０が接合された放熱
フィン４０には、マザーボード６０との反対面に傾斜面
４１が形成され、この放熱フィン４０の傾斜面４１には
ねじ穴部４２が設けられている。

【００１５】このように構成されたマザーボード６０
は、図１に示すような、熱伝導性が高い例えば、アルミ
ニウム材料等で形成されたケース７０内に収容されたの
ち、図示しないアルミニウム材料等で形成されたカバー
が被せられ、ねじ止めされることで半導体装置１００が
構成される。ここで、放熱フィン４０の傾斜面４１に対
向するケース７０の対向面には、放熱フィン４０の傾斜
面４１と同じ傾きからなる傾斜面７６が形成されている
（図２及び図３参照）。また、ケース７０の傾斜面７６
には放熱フィン４０のねじ穴部４２に対応してケース７
０の傾斜面７６の傾き方向（最大傾斜線方向）にビス７
８を用いてねじ止め固定するための長穴７７が穿設され
ている。更に、マザーボード６０には、ケース７０の傾
斜面７６に穿設された長穴７７と同じ方向でケース７０
側にビス７９を用いてケース７０の側壁７４等に設けら
れているねじ穴部７５にねじ止め固定するための長穴６
５が穿設されている。

【００１６】次に、半導体装置１００におけるマザーボ
ード６０とケース７０との組立において、放熱フィン４
０の寸法公差にばらつきがあり寸法が異なる図２及び図
３を参照して説明する。

【００１７】図２及び図３において、マザーボード６０
とケース７０との組立に際し、まず、セラミック基板１
０が接合された放熱フィン４０、コネクタ５０が固定さ
れたマザーボード６０がケース７０内におおまかに収容
される。つまり、放熱フィン４０の傾斜面４１とケース
７０の傾斜面７６とが当接しない位置で組合わせられ
る。そして、放熱フィン４０の傾斜面４１に形成された
ねじ穴部４２に対応しケース７０の傾斜面７６に穿設さ
れた長穴７７を利用しビス７８にてマザーボード６０に
前工程で固定されている放熱フィン４０がケース７０側
に仮止めされる。また、ケース７０の側壁７４等に形成
されたねじ穴部７５に対応しマザーボード６０に穿設さ
れた長穴６５を利用しビス７９にてマザーボード６０が
ケース７０側に仮止めされる。

【００１８】次に、マザーボード６０に穿設された長穴
６５とケース７０に穿設された長穴７７とを利用しマザ
ーボード６０とケース７０とが仮止め状態で相対的に移
動され、放熱フィン４０の傾斜面４１が対向するケース
７０の傾斜面７６に寄せられ接触状態となった位置で移
動が停止される。そして、ケース７０と放熱フィン４０
とがビス７８により、また、マザーボード６０とケース
７０とがビス７９によって組立完了状態とされる。な
お、ビス７８、７９等の締付け順序は特に限定されるも
のではない。

【００１９】上述のように、マザーボード６０とケース
７０とを相対的に移動させ、放熱フィン４０の傾斜面４
１をケース７０の傾斜面７６に接触させることで放熱フ
ィン４０やケース７０等に製造上における寸法公差にば
らつきがあっても吸収させることができる。即ち、図２
に示すように、放熱フィン４０の寸法が大きいときには
放熱フィン４０の傾斜面４１を対向するケース７０の傾
斜面７６に寄せていくと、相対的な移動が少なく早めに
接触状態となる。これに対して、図３に示すように、放
熱フィン４０の寸法が小さいときには放熱フィン４０の
傾斜面４１を対向するケース７０の傾斜面７６に寄せて
いくと、相対的な移動がある程度あって接触状態とな
る。

【００２０】このため、図２及び図３に示すねじ止めに
よる組立完了状態において、マザーボード６０側が放熱
フィン４０を介してケース７０側から応力を受けること
がなく、駆動トランジスタ２１等からの熱がセラミック
基板１０及び放熱フィン４０を介して熱容量の大きなケ
ース７０側へ効率良く吸収・発散される。

【００２１】このように、本実施例の半導体装置１００
は、発熱性を有する電子部品としての駆動トランジスタ
２１を含む複数の電子部品２１，２２を実装するセラミ
ック基板１０と、セラミック基板１０を接合し、電子部
品２１，２２からの熱を吸収・発散する放熱部材として
の放熱フィン４０と、セラミック基板１０を略垂直方向
に電気的に接続すると共に、セラミック基板１０と一体
的な放熱フィン４０を固定するマザーボード６０と、マ
ザーボード６０を収容する筐体としてのケース７０とを
具備し、放熱フィン４０のマザーボード６０との反対面
に傾斜面４１を形成すると共に、放熱フィン４０の傾斜
面４１に対向するケース７０の対向面に同じ傾きからな
る傾斜面７６を形成し、両傾斜面４１，７６を介して放
熱フィン４０とケース７０とを接合するものである。

【００２２】つまり、放熱フィン４０を介してマザーボ
ード６０とケース７０とを接合する際、放熱フィン４０
の傾斜面４１が対向するケース７０の傾斜面７６に接触
状態となるまで相対的に移動させ、その位置にて最終的
な接合完了とされる。このような接合によれば、マザー
ボード６０とケース７０との距離間隔が、放熱フィン４
０の傾斜面４１とケース７０の傾斜面７６とを介して適
切に設定できる。このため、放熱フィン４０やケース７
０等の製造上の寸法公差が吸収でき、マザーボード６０
に過剰な応力が及ぶことを防止できる。これにより、マ
ザーボード６０の歪みの発生がなくなりマザーボード６
０面上の配線パターン自身や実装されている電子部品等
の電気的な接続の信頼性を向上することができる。ま
た、放熱フィン４０と接合されたセラミック基板１０の
配置やマザーボード６０の配線パターンに対する設計上
の自由度を損なうことなく、放熱フィン４０を介して電
子部品２１，２２からの熱を効率良く吸収・発散させる
ことができる。

【００２３】また、本実施例の半導体装置１００は、更
に、放熱部材としての放熱フィン４０の傾斜面４１に筐
体としてのケース７０をねじ止めするねじ穴部４２と、
ケース７０に放熱フィン４０のねじ穴部４２に対応しケ
ース７０の傾斜面７６の傾き方向に穿設した長穴７７と
を具備するものである。したがって、放熱フィン４０の
傾斜面４１に設けられたねじ穴部４２に対してケース７
０の傾斜面７６に穿設された長穴７７の範囲内で放熱フ
ィン４０とケース７０とのねじ止めによる接合が自由に
できることとなる。これにより、放熱フィン４０とケー
ス７０とを一旦、仮止め状態とし両者を相対的に移動さ
せ適切な位置にて接合完了状態とするような組立手順が
設定可能となる。即ち、放熱フィン４０を介してマザー
ボード６０とケース７０との距離間隔を微調整できマザ
ーボード６０に対する過剰な応力を取除くことができ
る。

【００２４】そして、本実施例の半導体装置１００は、
更に、筐体としてのケース７０にマザーボード６０をね
じ止めするねじ穴部７５と、マザーボード６０にケース
７０のねじ穴部７５に対応しケース７０の傾斜面７６の
傾き方向に穿設した長穴６５とを具備するものである。
したがって、ケース７０に設けられたねじ穴部７５に対
してマザーボード６０に穿設された長穴６５の範囲内で
ケース７０とマザーボード６０とのねじ止めによる接合
が自由にできることとなる。これにより、ケース７０と
マザーボード６０との相対的な接合位置を微調整できマ
ザーボード６０に対する過剰な応力を取除くことができ
る。

【００２５】次に、本発明の実施の形態の一実施例にか
かる半導体装置におけるマザーボードの変形例を示す図
４及びこのマザーボードを用いた半導体装置の組立完了
状態を示す図５を参照して説明する。ここで、図４
（ａ）はマザーボードの変形例における要部構成を分か
り易く示す斜視図、図４（ｂ）は図４（ａ）に示す矢印
方向から見た部分平面図、図４（ｃ）は図４（ｂ）のＡ
−Ａ線に沿う断面図である。なお、図４に示すマザーボ
ードでは、例えば、電子部品を実装するための穴等につ
いては省略されている。

【００２６】図４（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すよう
に、本変形例のマザーボード６０′の４隅にはケース側
にねじ止めするための長穴６５が穿設されている。これ
ら長穴６５の近傍には、長穴６５を取囲むように切込６
１ａ及びＵ溝６１ｂからなるくびれ部６１が形成されて
いる。このくびれ部６１の形状としては、切込６１ａま
たはＵ溝６１ｂのみで形成することもでき、更に、マザ
ーボード６０′の板厚に対して両側からのＵ溝やＶ溝等
にて形成することもできる。

【００２７】本変形例のマザーボード６０′を用いた半
導体装置１００′においても、上述の実施例と同様、図
５に示すように、放熱フィン４０を介しマザーボード６
０′をケース７０にねじ止め固定する際、放熱フィン４
０の傾斜面４１とケース７０の傾斜面７６とを利用する
ことで、放熱フィン４０やケース７０等の製造上の寸法
公差を吸収するものである。

【００２８】ところで、組立完了状態でマザーボード６
０′に僅かな歪みが残っていることが考えられる。この
ような、僅かな歪みは組立時に取除くことが極めて難し
いものであり、この僅かな歪みを完全に取除くことは、
組立工数を増加させコストアップの要因となる。ここ
で、本変形例のマザーボード６０′を用いた半導体装置
１００′においては、放熱フィン４０を介したマザーボ
ード６０′とケース７０との組立完了状態でマザーボー
ド６０′に残った僅かな歪みをくびれ部６１が変形する
ことによって吸収することが可能となるのである。

【００２９】このように、本変形例の半導体装置１０
０′は、更に、マザーボード６０′にケース７０にねじ
止めする近傍にマザーボード６０′の板幅を狭くまたは
板厚を薄く形成したくびれ部６１を具備するものであ
る。このため、マザーボード６０′とケース７０とをね
じ止め接合する際、何らかの要因でマザーボード６０′
に過剰な応力が及ぶことがあっても、ねじ止めの近傍に
形成されたくびれ部６１の変位によって吸収することが
できる。これにより、マザーボード６０′の歪みの発生
が除去されマザーボード６０′面上の配線パターン自身
や実装されている電子部品等の電気的な接続の信頼性を
向上することができる。

【００３０】ところで、上記実施例では、複数の電子部
品を実装する基板として厚膜用基板の主流である放熱性
に優れたセラミック基板１０を用いているが、本発明を
実施する場合には、これに限定されるものではなく、金
属基板やエポキシ系のプリント基板等を用いて構成する
こともできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は本発明の実施の形態の一実施例にかか
る半導体装置の全体構成を示す分解斜視図である。

【図２】 図２は図１における放熱フィンの寸法が大き
いときのケースとマザーボードとの組立完了状態を示す
部分断面図である。

【図３】 図３は図１における放熱フィンの寸法が小さ
いときのケースとマザーボードとの組立完了状態を示す
部分断面図である。

【図４】 図４は本発明の実施の形態の一実施例にかか
る半導体装置におけるマザーボードの変形例を示す要部
構成図である。

【図５】 図５は図４のマザーボードを用いた半導体装
置の組立完了状態を示す断面図である。

【図６】 図６は従来の半導体装置を示す部分断面図で
ある。

【図７】 図７は従来の半導体装置の変形例を示す部分
断面図である。

【図８】 図８は従来の半導体装置の他の変形例におけ
るマザーボードの歪み状態を示す断面図である。

【符号の説明】

１０ セラミック基板 ４０ 放熱フィン（放熱部材） ４１ 傾斜面 ４２ ねじ穴部 ６０ マザーボード ６１ くびれ部 ６５ 長穴 ７０ ケース（筐体） ７５ ねじ穴部 ７６ 傾斜面 ７７ 長穴 １００ 半導体装置

フロントページの続き (72)発明者 瀧川 能史 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発熱性を有する電子部品を含む複数の電
   子部品を実装する基板と、 前記基板を接合し、前記電子部品からの熱を吸収・発散
   する放熱部材と、 前記基板を略垂直方向に電気的に接続すると共に、前記
   基板と一体的な前記放熱部材を固定するマザーボード
   と、 前記マザーボードを収容する筐体とを具備し、 前記放熱部材の前記マザーボードとの反対面に傾斜面を
   形成すると共に、前記放熱部材の傾斜面に対向する前記
   筐体の対向面に同じ傾きからなる傾斜面を形成し、前記
   両傾斜面を介して前記放熱部材と前記筐体とを接合する
   ことを特徴とする半導体装置。
2. 【請求項２】 更に、前記放熱部材の傾斜面には前記筐
   体をねじ止めするねじ穴部と、 前記筐体には前記放熱部材のねじ穴部に対応し前記筐体
   の傾斜面の傾き方向に穿設した長穴とを具備することを
   特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 【請求項３】 更に、前記筐体には前記マザーボードを
   ねじ止めするねじ穴部と、 前記マザーボードには前記筐体のねじ穴部に対応し前記
   筐体の傾斜面の傾き方向に穿設した長穴とを具備するこ
   とを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体
   装置。
4. 【請求項４】 更に、前記マザーボードには前記筐体に
   ねじ止めする近傍に前記マザーボードの板幅を狭くまた
   は板厚を薄く形成したくびれ部を具備することを特徴と
   する請求項１乃至請求項３の何れか１つに記載の半導体
   装置。